(57)【要約】 【解決課題】  製造後に受ける応力、熱歪に対して変形が生じ難く、加工設備の規模によらずに大型化が容易なガラス製造用のスターラーを提供すること。【解決手段】  本発明は、シャフトと、該シャフトに突設された攪拌翼とからなるガラス製造用スターラーにおいて、前記シャフトは、外管と、該外管に中心軸を同じくして挿入される内管とからなる２重管構造を有し、前記外管及び前記内管は、１枚の平板を管状に巻回し、当接する平板両端部を溶接することにより成形されるか、又は、少なくとも２枚の平板を曲げて得られる板片を管状に組み合わせ、境界を溶接することにより成形されるものであり、シャフト断面において、外管の溶接線と中心軸とを結ぶ線と、内管の溶接線と中心軸とを結ぶ線とが重複しないように内管が外管に挿入されてなるガラス製造用スターラーである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、該シャフトに突設された攪拌翼とからなるガラス製造用スターラーにおいて、
前記シャフトは、外管と、該外管に中心軸を同じくして挿入される内管とからなる２重管構造を有し、
前記外管及び前記内管は、１枚の平板を管状に巻回し、当接する平板両端部を溶接することにより成形されるか、又は、少なくとも２枚の平板を曲げて得られる板片を管状に組み合わせ、境界を溶接することにより成形されるものであり、
シャフト断面において、外管の溶接線と中心軸とを結ぶ線と、内管の溶接線と中心軸とを結ぶ線とが重複しないように内管が外管に挿入されてなるガラス製造用スターラー。
【請求項２】
外管及び内管は、１枚の平板を管状に巻回し、当接する平板両端部を溶接することにより成形されるものであり、
シャフト断面において、外管の溶接線と中心軸とを結ぶ線と、内管の溶接線と中心軸とを結ぶ線とが形成する角度が１６０°〜２２０°となるように内管が外管に挿入されてなる請求項１記載のガラス製造用スターラー。
【請求項３】
少なくとも外管は、酸化物分散型白金合金又は白金−ロジウム合金からなる請求項１又は請求項２記載のガラス製造用スターラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスの製造工程において、溶融状態のガラスを攪拌、均質化するためのガラス製造用のスターラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスの製造工程においては、調整・混合されたガラス原料を溶融し、溶融状態のガラスを攪拌することにより溶融ガラスの成分の均質化、屈折率の均一化を行った後、型成型をしてガラス製品としている。そして、品質に優れたガラスを製造するためには、特に攪拌工程が重要である。
【０００３】
溶融ガラスの攪拌工程においては、通常、溶融ガラス槽にガラス製造用スターラーを挿入して回転させることにより行われる。このガラス製造用スターラーは、回転軸となるシャフトに攪拌翼が突設されている。また、これらのガラス製造に供される機器（溶融ガラス槽、製造用スターラー）は、酸化物分散強化型白金合金や白金−ロジウム合金等の白金材料（一般に、強化白金と呼ばれることがある。）から構成されるものが主流となっている。白金材料は、高温における機械的特性、特に高温クリープ強度にすぐれているからである。また、白金材料は、化学的にも安定であり、溶融ガラスによる侵食も少なく、高品質のガラス製造に好適だからである。
【特許文献１】特開２００４−１４９３３８号公報
【０００４】
ここで、一般的なガラス製造用スターラーは、図３で示すようにして製造される。まず、合金インゴットを圧延加工等して長方形の平板を準備し、これを巻回して両端部の突合せを溶接し管形状とする。次に、このパイプをドローベンチ等で引抜加工することで、所定の寸法、肉厚のシャフトを製造する。そして、このシャフトに所定形状の攪拌翼を溶接接合することでスターラーとしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記工程により製造されるガラス製造用スターラーは、溶接加工を適切に行うことで、全体的な強度は良好なものとなり、一応の満足が得られる。しかし、この従来のスターラーには、以下のような問題点があった。
【０００６】
従来のスターラーでは、そのシャフトに溶接部が存在するが、如何に適切な溶接加工を行っても溶接部は強度的に低下している部位である。そのため、従来のスターラーは、溶融ガラス攪拌中に受ける応力によりシャフトが変形するおそれがある。
【０００７】
また、溶接部は、他の箇所に対して、熱履歴が局所的に異なる部位である。そのため、スターラー製造後において高温で加熱された場合、発生する熱歪の不均一さにより変形するおそれがある。例えば、スターラーを製造し、シャフトの芯出しをした後に焼鈍する場合や、ガラス攪拌工程における溶融ガラスにより加熱された場合、これらの熱により芯ブレや、最悪の場合には溶接部に亀裂が発生することがある。
【０００８】
以上のようなシャフトの変形の問題に対する対策としては、シャフトの溶接部をなくすること、いわゆるシームレスパイプとすることが有効であると考えられる。しかし、シームレスパイプの製造には製造可能なサイズに限界がある。
【０００９】
また、シャフトの肉厚を厚くすることも変形に対応するためには有効ではあるが、これもサイズの観点から対応が困難である。肉厚で大径のシャフトを製造するためには、多量の材料が必要となるが、加工設備が対応可能な材料の量に限界があるからである。
【００１０】
本発明は、以上のような背景の下になされたものであり、製造後、或いは、使用中に受ける応力、熱歪に対しても変形が生じ難く、且つ、加工設備の規模によらずに大型化が容易なガラス製造用のスターラーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、鋭意検討を行い、上記課題を解決可能なガラス製造用のスターラーとして、そのシャフトの構成を改良することとした、まず、シャフトの構造を外管と内管とからなる２重管構造とした。そして、これら外管、内管は、従来と同様、板材を加工・溶接して成形されるものとしつつ、それらの溶接線が重ならないように外管に内管を挿入することとした。
【００１２】
即ち、本発明は、シャフトと、該シャフトに突設された攪拌翼とからなるガラス製造用スターラーにおいて、前記シャフトは、外管と、該外管に中心軸を同じくして挿入される内管とからなる２重管構造を有し、前記外管及び前記内管は、１枚の平板を管状に巻回し、当接する平板両端部を溶接することにより成形されるか、又は、少なくとも２枚の平板を曲げて得られる板片を管状に組み合わせ、境界を溶接することにより成形されるものであり、シャフト断面において、外管の溶接線と中心軸とを結ぶ線と、内管の溶接線と中心軸とを結ぶ線とが重複しないように内管が外管に挿入されてなるガラス製造用スターラーである。
【００１３】
本発明に係るガラス製造用スターラーにおいては、まず、シャフトの構造を２重管構造とする。これは、シャフトのサイズ（径）を確保しつつ、シャフト全体の肉厚を増大させるためである。上述のように、製造装置等の関係から、径と肉厚とを両立させてシャフトを製造することは困難であるが、２重管構造とすることで、加工設備の能力に拘束されることなく管を製造することができる。そして、２重管構造とすることで、肉厚の不足による強度低下の問題を解消することができる。
【００１４】
これら外管、内管は、目標とするシャフトのサイズに柔軟に対応可能とするため、従来と同様、板材から製造されるものである。そして、図１で示すように、外管、内管共に、１枚の平板を巻回してその両端部を溶接して管状に成形しても良い（図１（ａ））。また、２枚以上の平板を曲げて板片とし、これを管状に組み合わせて各境界部分を溶接しても良い（（図１（ｂ））。後者に関しては、溶接部という強度的に劣る箇所が増えるが、スターラーが加熱されたときの熱歪の問題に関してはむしろ溶接部が増えることが好ましい。複数の溶接部で生じる熱歪が相互に相殺し合い、変形抑制効果が期待できるからである。また、複数の溶接部を有することにより外（内）管単独で強度低下することは否定できないものの、後述のように内管の外管への挿入位置を適切にし、２重管構造による補強効果を十分発揮させることでシャフト全体の強度低下の問題は生じない。従って、このような複数の溶接部を有する外管、内管の組合せも有効である。
【００１５】
更に、本発明では、内管及び外管の溶接線を基準に、それらの位置関係を適切にする必要があり、外管の溶接線と中心軸とを結ぶ線と、内管の溶接線と中心軸とを結ぶ線とが重複しないように内管を外管に挿入する。即ち、図２（ａ）で示すように、シャフトを上部からみた断面において、外管の溶接線と、内管の溶接線とが一直線上にならないことが必要である。強度の低い溶接部を重ねると、２重管構造による内管の補強作用を十分発揮できないからである。この溶接線の位置関係は、外管、内管に複数の溶接線がある場合には、各箇所において外管、内管の溶接線が対面しないようになっていることが必要である。
【００１６】
以上のように、本発明では、板材から溶接工程を経て製造されるシャフトを適用することを前提に、その構造を２重管構造とし、外管、内管の位置関係を適切とすることで強度の向上が図られている。これにより、使用中に受ける応力に対して変形することなく長期間安定的な稼動を可能とする。また、製造後において熱歪が生じるよう環境に加熱されても、変形することもない。
【００１７】
本発明において、特に好ましい態様は、図２（ｂ）のように、外管、内管が１枚の板材から成形されるものであり、シャフト断面において、外管の溶接線と中心軸とを結ぶ線と、内管の溶接線と中心軸とを結ぶ線と形成する角度（図２（ｂ）のα）が１６０°〜２２０°となるようなものである。上記のように外管、内管の複数の板材から製造してもシャフトの強度向上を達成することはできるが、溶接箇所が増加により工程数も増加するから、シャフトの製造効率の観点からは、溶接をなるべく行わないものが好ましいからである。そして、このような１箇所の溶接部を有する外管、内管との組合せにおいては、双方の溶接線が離れている方が２重管構造による強度向上が期待できからである。従って、より好ましいのは、前記角度が略１８０°とするものである。
【００１８】
尚、本発明に係るガラス製造用スターラーの構成材料については、従来と同様のものが適用できる。この場合、少なくとも外管を酸化物分散型白金合金又は白金−ロジウム合金としたものが好ましい。スターラーのシャフトにおいて溶融ガラスと接触するのは、外管であるため、溶融ガラスによる侵食、変形を抑制するためには、少なくとも外管がこれに適した材料であることが好ましい。内管の構成材料については、必ずしも、外管の材料と同一である必要はないが、スターラー使用中においては、内管も外管と同等の高温に晒されることから、高温下での機械的特性が類似するものが好ましい。従って、外管と同一の材料を適用することが好ましい。
【００１９】
また、これまでの説明からわかるように、本発明に係るガラス製造用スターラーは、シャフトの構成において特徴を有する。従って、これに設けられる攪拌翼については特に限定はなく、用途に応じた形状、材質の攪拌翼が設けられる。
【００２０】
本発明に係るガラス製造用スターラーの製造工程としては、板材から内管、外管を製造し、外管に内管を適宜に位置決めをしつつ挿入する。外管、内管の製造法自体は、従来のスターラーのシャフトの製造工程と同様である。また、外管に内管を挿入した後には、２重管をドローベンチ等で伸管加工することで、その長さ、径を調整することができる。そして、寸法調整等を施したシャフトに攪拌翼を溶接してスターラーとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、使用中に受ける応力、又は、加熱時の熱歪によってシャフトの変形が生じることがないガラス製造用スターラーとすることができる。また、本発明は、従来の溶接加工を伴い製造されるものであるが、溶接による障害を解消させつつ、強度向上を図るものである。そして、このように溶接加工の適用を前提とすることにより、従来以上に大型のガラス製造用スターラーとすることができ、大規模のガラス製造装置へも対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面と共に説明する。
【００２３】
白金−１０ｗｔ％ロジウム合金の強化白金（商品名：ＧＴＨＲ）からなる板材から、８００ｍｍ（Ｌ）×１７０ｍｍ（Ｗ）×２．５ｍｍ（ｔ）の板材と、９００ｍｍ（Ｌ）×１７０ｍｍ（Ｗ）×２．５ｍｍ（ｔ）の板材をそれぞれ１枚ずつ切断した。そして、これらの板材を管状に巻回して両端部を溶接し、外径５５ｍｍ、長さ８００ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの管と、外径５５ｍｍ、長さ９００ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの管を製造した。次に、これらの管をドローベンチで伸管し、外径４３ｍｍ、長さ９３０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの管（内管）と、外径５０ｍｍ、内径４５ｍｍ、長さ９３０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの管（外管）を製造した。
【００２４】
そして、外管、内管の表面を十分洗浄し、外管に内管を挿入して２重管とした。このとき、外管の溶接線と内管の溶接線とが形成する角度は１８０°となるようにした。２重管を大気中、１３００℃で１時間加熱し焼鈍した。焼鈍後、２重管をドローベンチで伸管し、外径４８ｍｍ、内径３８ｍｍ、長さ９３０ｍｍ、合計肉厚５．０ｍｍのシャフトとした。
【００２５】
以上の工程により製造したシャフトに攪拌翼（回転径３００ｍｍ）を溶接接合し、ガラス製造用スターラーとした。
【００２６】
比較例：本実施形態と同様の強化白金から、８００ｍｍ（Ｌ）×１７０ｍｍ（Ｗ）×３．５ｍｍ（ｔ）の板材を１枚切断し、これを巻回して両端部を溶接し、外径５０ｍｍ、長さ９３０ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの管を製造しこれをシャフトとし、攪拌翼（回転径：２００ｍｍ）を溶接した。このシャフトのサイズ（外径）は、上記本実施形態で使用した加工設備による最大限のサイズである。そして、このシャフトの外径との関連から、比較例で取付可能な攪拌翼のサイズも小さくなる。
【００２７】
以上の本実施形態、比較例に係るスターラーについて、製作後、中心軸に対するシャフトの振れが０．３ｍｍ以内（ダイヤルインジケーター測定値）になるように芯出し調整した。調整後、スターラーを１３００℃で５時間加熱した。そして、加熱後のシャフトの振れを測定したところ、本実施形態に係るスターラーでは１．５ｍｍ以内であったが、比較例では１６．５ｍｍの最大振れを記録した。
【００２８】
比較例に係るスターラーで加熱後の振れが大きくなったのは、熱歪によりシャフトに変形が生じたためと考えられる。従って、本実施形態に係るスターラーの強度向上が確認された。また、既に説明したように、比較例のように１枚の板材からシャフトを製造する場合、そのサイズには限界があり大型化に支障をきたすこととなる。本実施形態では、比較例と同じ製造設備であってもシャフトのサイズアップが可能であり、スターラーの大型化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明における、外管及び内管の製造工程の例を示す図。
【図２】シャフトの断面の状態を説明する図。
【図３】従来のガラス製造用スターラーの製造工程を概略説明する図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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